CN116961609A - 阻抗变换网络电路、电路板及高速信号采集设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种阻抗变换网络电路、电路板及高速信号采集设备，涉及电子电路技术领域，解决了相关技术中阻抗变换网络电路的电压增益小且工作频率高而导致电路应用场景小的问题，本方案能够降低电路的工作频率，扩大电路的工作频率范围，同时提供较好的低频特性和高频特性，使得电路增益提升，进而有效地减少噪声的干扰。

Description

阻抗变换网络电路、电路板及高速信号采集设备

技术领域

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种阻抗变换网络电路、电路板及高速信号采集设备。

背景技术

在示波器、高速信号采集卡等高速信号采集设备中，通常要求设置有50Ω电阻输入阻抗的档位，该50Ω电阻用于进行阻抗匹配。

在相关技术中，通常通过运算放大器、结型场效应管以及NPN三极管形成一种阻抗变换网络电路，在该电路中，低频信号以及高频分量通过电容分流，其中低频信号通过运算放大器后再进入结型场效应管以及NPN三极管组成的分立网络，而高频分量通过电容后再进入上述的分立网络中，从而确保低频和高频的性能。

但上述的阻抗变换网络电路所使用的频段受到元器件的限制，虽然所采用的结型场效应管具有较高的输入阻抗，但其输入电容较大，使得在高频上的驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)较大。且该阻抗变换网络电路的电压增益接近1，导致其噪声特性较差。

发明内容

本申请提供了一种阻抗变换网络电路、电路板及高速信号采集设备，解决了相关技术中阻抗变换网络电路的电压增益小且工作频率高而导致电路应用场景小的问题，本方案能够降低电路的工作频率，扩大电路的工作频率范围，同时提供较好的低频特性和高频特性，使得电路增益提升，进而有效地减少噪声的干扰。

第一方面，本申请提供了一种阻抗变换网络电路，其包括在阻抗变换网络电路的输入端设置的第一输入电阻、在阻抗变换网络电路的输出端设置的负载电阻、低频输入模块、输入级模块、偏置模块和放大模块；

其中，低频输入模块的输入端通过第二输入电阻连接阻抗变换网络电路的输入端，低频输入端的输出端连接放大模块的正相输入端，低频输入模块的输入端还通过反馈电阻连接阻抗变换网络电路的输出端，低频输入模块的输入端还通过第三输入电阻接入直流偏移信号，直流偏移信号用于调节输入信号中的直流分量，低频输入模块用于对输入信号中的低频信号进行放大；

输入级模块的输入端通过第一输入电容连接阻抗变换网络电路的输入端，输入级模块的输出端连接放大模块的反相输入端，输入级模块用于作为放大模块的输入级并对输入信号中的高频信号进行缓冲放大；

偏置模块的输出端连接放大模块的偏置端，偏置模块用于为放大模块提供直流电流；

放大模块的输出端连接阻抗变换网络电路的输出端，放大模块用于对低频信号和高频信号进行放大。

第二方面，本申请还提供了一种电路板，该电路板包括如第一方面提供的阻抗变换网络电路。

第三方面，本申请还提供一种高速信号采集设备，该高速信号采集设备包括第二方面提供的电路板。

在本申请方案中，电路能够具有较大范围的工作频率，低频信号通过低频输入模块实现信号放大并接入放大模块的正相输入端，而高频信号则通过输入级模块进行缓冲放大并接入放大模块的反相输入端，高频信号和低频信号经放大后接入负载电阻，放大器模块的正相输入端实现低频信号的注入，其电压增益与反相输入端相同，低频信号过渡平缓，幅频特性平坦，进而电路中低频特性和高频特性良好，电路增益大，有效地减少噪声的干扰。

附图说明

图1为相关技术提供的阻抗变换网络电路的电路结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的阻抗变换网络电路的原理框图；

图3为本申请一实施例提供的低频输入模块的电路结构示意图；

图4为本申请一实施例提供输入级模块的电路结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的偏置模块的电路结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的放大模块的电路结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的输出级模块的电路结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的阻抗变换网络电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请实施例，而非对本申请实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请实施例相关的部分而非全部结构，本领域技术人员在阅读本申请说明书后，应该能够想到，只要技术特征不互相矛盾，那么技术特征的任意组合均可以构成可选的实施方式。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本申请的描述中，“多个”表示两个及以上，“若干”表示一个及以上。

在示波器、高速信号采集卡等高速信号采集设备中，通常需要有50Ω输入阻抗的档位，其中，所采用的电路结构如图1所示，图1为相关技术提供的阻抗变换网络电路的电路结构示意图。但该阻抗变换网络的电压增益接近1，其噪声特性较差。

具体地，图中以Analog input作为电路的输入端，V_offset作为电路的直流偏置端，Analog Output作为电路的输出端。电路的输入端接入输入电阻R1，而且电路通过滤波电容C1分离高频信号以及直流和低频信号，直流和低频特性通过运算放大器U1保证，其中，直流和低频信号接入运算放大器U1的正相输入端，并由运算放大器U1的输出端通过电阻R4接入场效应管Q1的基极端，且运算放大器U1的反相输入端与输出端之间通过电容C2、电阻R5和电阻R6形成反馈支路。

高频特性则通过场效应管Q1、场效应管Q2和NPN三极管Q3形成的分立网络保证。其中，高频信号通过场效应管Q1的基极端接入分立网络，进而对信号进行放大。通过场效应管Q1、场效应管Q2和NPN三极管Q3放大后的信号，其接入负载电阻，进而从电路的输出端输出。

在该阻抗变换网络中，场效应管Q1一般选用JFET(Junction Field-EffectTransistor，结型场效应管)或者HMET(High electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)来实现。虽然上述类型的晶体管具有较高的输入阻抗，但其输入电容较大，导致在高频上的驻波比较大，阻抗匹配效果差，从而限制了该阻抗变换网络的工作频段，其工作频率较高。

而且相关技术中通常采用寄生电容较低的射频三极管替换场效应管Q1。虽然该方案能够降低电容并降低驻波比，使得阻抗匹配效果更好，但该射频三极管对静态工作点较为敏感，容易导致输入信号的直流分量改变电路的增益，使得低频特性较差。

本申请提供了新的阻抗变换网络电路，其同样可应用在需要有50Ω输入阻抗档位的高速信号采集设备中，在阻抗变换网络电路的输入端设置有相应的第一输入电阻，阻抗变换网络电路的输出端设置有负载电阻，第一输入电阻和负载电阻均接地，当然，对于50Ω输入阻抗的档位，第一输入电阻对应的阻值为50Ω。可以想到的是，第一输入阻抗的阻值还可以是其他阻值，以适应其他输入阻抗档位。

图2为本申请一实施例提供的阻抗变换网络电路的原理框图，如图2所示，图2以黑点标识连接点，以表示在各模块、器件连接在同一端上。阻抗变换网络电路包括低频输入模块110、输入级模块120、偏置模块130和放大模块140。

其中，低频输入模块110的输入端通过第二输入电阻连接阻抗变换网络电路的输入端，低频输入模块110的输出端连接放大模块140的正相输入端，低频输入模块110用于对输入信号中的低频信号进行放大。第一输入电容作为分离高频信号和低频信号的器件，输入级模块120通过第一输入电容连接阻抗变换网络电路的输入端。可以理解的是，第一输入电容的第一端连接阻抗变换网络电路的输入端，第一输入电容的第二端连接输入级模块120的输入端。

即电路利用第一输入电容的特性，将信号中的高频信号接入输入级模块120的输入端，而将低频信号以及直流信号隔离，使得其进入低频输入模块110。

此外，在低频输入模块110的输入端还设置有反馈电阻，反馈电阻的一端连接低频输入模块110的输入端，反馈电阻的另一端连接阻抗变换网络电路的输出端，进而形成反馈支路。在低频输入模块110的输入端还设置有第三输入电阻，低频输入模块110通过第三输入电阻接入直流偏移信号，以调节输入信号中的直流分量，如图所示，低频输入模块110的输入端通过第三输入电阻连接阻抗变换网络电路的直流偏置端。

可以理解的是，放大模块140具有相应的正相输入端和反相输入端，以对低频信号和高频信号进行放大，而且放大模块140的正相输入端和反相输入端对应的放大倍数相同但相位相差180°。因此，输入级模块120在接入高频信号后，其对高频信号进行缓冲放大，且输入级模块120的输出端连接放大模块140的反相输入端。

放大模块140还设置有偏置端，放大模块140通过该偏置端连接偏置模块130以用于接入直流电流。对此，偏置模块130的输出端连接放大模块140的偏置端，进而该偏置模块130为放大模块140提供直流电流。而且放大模块140的输出端连接阻抗变换网络电路的输出端，即由放大模块140直接驱动。

在该阻抗变换网络电路中，放大模块140通过正相输入端接入低频信号，进而对其进行放大，而且放大模块140通过反相输入端接入高频信号，进而对其进行放大，使得低频信号过滤平缓，低频特性和高频特性良好，该电路的电路增益大，能够有效减少噪声的干扰。

需要说明的是，在一些实施例中，阻抗变换网络电路还包括输出级模块，而且放大模块的输出端连接输出级模块的输入端，以在放大模块将信号放大后输出至输出级模块，该输出级模块用于对放大后的信号进行缓冲放大，即由输出级模块进行驱动；此外，输出级模块的输出端与阻抗变换网络电路的输出端连接，而且输出级模块的输出端还连接负载电阻，以及还通过反馈电阻连接低频输入模块。

图3为本申请一实施例提供的低频输入模块的电路结构示意图，如图3所示，在一实施例中，低频输入模块包括运算放大器U1、第一反馈电容C4、第一缓冲器U2和第一滤波电容C3。

其中，运算放大器U1的反相输入端作为低频输入模块的输入端。因此，低频信号通过第二输入电阻(图中未示出)接入运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U1用于对接入的低频信号进行放大，而运算放大器U1的正相输入端接地。当然，运算放大器U1的反相输入端还通过第三输入电阻(图中未示出)接入直流偏移信号。此外，运算放大器U1的反相输入端还通过反馈电阻(图中未示出)连接阻抗变换网络电路的输出端。

运算放大器U1的反相输入端连接第一反馈电容C4的一端，运算放大器U1的输出端连接第一反馈电容C4的另一端，进而通过第一反馈电容C4形成负反馈。

第一缓冲器U2的的输入端连接运算放大器U1的输出端，第一缓冲器U2的输出端作为低频输入模块110的输出端，其与放大模块的正相输入端连接。此外，第一缓冲器U2的输出端连接第一滤波电容C3，且第一滤波电容C3还接地。

因此，低频信号通过运算放大器为核心的低频输入模块进行放大，并将信号输入放大模块的正相输入端，以通过改变放大模块的正相输入端的信号大小来影响最终的输出，使得电路中的低频特性更良好。

需要说明的是，第一缓冲器U2可以采用运算放大器形成的缓冲器，如以运算放大器的正相输入端作为输入端，以运算放大器的输出端作为输出端，且运算放大器的反相输入端连接运算放大器的输出端，进而使得运算放大器起到缓冲器的作用。

在一些实施例中，输入级模块包括第一偏置电阻、第一子单元和第二子单元。第一子单元的输入端作为输入级模块的输入端，其与第一输入电容连接，并接入高频信号。而且第一子单元的输入端还通过第一偏置电阻接入偏置电压，即该第一偏置电阻一端接入偏置电压，其另一端连接第一子单元的输入端。此外，第二子单元则设置在第一子单元的输出端，以为第一子单元提供静态工作电压。

可以理解的是，第一子单元和第二子单元能够起到缓冲放大的作用，进而进行阻抗匹配，将接入的高频信号缓冲后输入放大模块中进行放大。同样地，对于输出级模块来说，其可起到对放大后的信号进行缓冲放大的作用，进而进行阻抗匹配，即输入级模块和输出级模块可以起到相同的作用。

在一些实施例中，输出级模块包括第四输入电阻、第一子单元和第二子单元。第四输入电阻的一端连接放大模块的输出端，第四输入电阻的另一端连接第一子单元，第一子单元的输出端设置有第二子单元，第二子单元用于为第一子单元提供静态工作电压。

需要说明的是，输入级模块和输出级模块中的第一子单元起到同样的作用，且两者中的第二子单元也同样起到相同的作用。因此，输入级模块和输出级模块可以采用相同的第一子单元和第二子单元，当然，两者也可以采用不同的第一子单元和第二子单元。

在一些实施例中，第一子单元模块包括第一电感、第一分压电阻、第二滤波电容和第一NPN三极管。

其中，第一电感的一端接入电源电压，而第一电感的另一端则连接第一分压电阻的第一端，且该第一分压电阻的第二端连接第一NPN三极管的集电极端，即第一电感与第一分压电阻在第一NPN三极管的集电极端串联。而且在而第一分压电阻的第一端还设置有接地的第二滤波电容，以进行滤波。

第一NPN三极管的基极端接入输入信号中的高频信号，并且其还与第一偏置电阻连接，以接入偏置电压。第一NPN三极管的发射极端则作为输出端，其与下一级模块连接。此外，在第一NPN三极管的发射极端设置有第二子单元，以提供静态工作电压。

需要说明的是，上述的第一子单元可以应用于输入级模块，也可以应用于的输出级模块中。

在一些实施例中，第二子单元包括第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第二电感、第三滤波电容和第二NPN三极管。

其中，第二分压电阻与第三分压电阻串联，具体地，第二分压电阻的第一端接入供电电压，第二分压电阻的第二端连接第三分压电阻的第一端，而第三分压电阻的第二端与接地。

第二电感和第三滤波电容串联，具体地，第二电感的第一端接入供电电压，而第二电感的第二端连接第三滤波电容，且该第三滤波电容还接地。

第二NPN三极管的基极端连接第三分压电阻的第一端；第二NPN三极管的集电极端连接第四分压电阻的一端，该第四分压电阻的另一端连接第一子单元的输出端；第二NPN三极管的发射极端连接第五分压电阻的一端，该第五分压电阻的另一端连接第二电感的第二端。

需要说明的是，第二子单元还可以是采用NMOS管替换NPN三极管，如以NMOS管的栅极端连接第三分压电阻，以NMOS管的漏极端连接第四分压电阻，以NMOS管的源极端连接地第五分压电阻。

图4为本申请一实施例提供输入级模块的电路结构示意图，如图4所示，在一实施例中，输入级模块包括第一偏置电阻R5、第一电感L1、第一分压电阻R10、第二滤波电容C8、第一NPN三极管Q1、第二分压电阻R7、第三分压电阻R8、第四分压电阻R6、第五分压电阻R9、第二电感L2、第三滤波电容C6和第二NPN三极管Q2。

第一偏置电阻R5接入偏置电压V_bias，且第一偏置电阻R5还接入第一NPN三极管Q1的基极端，第一NPN三极管Q1的集电极端连接第一分压电阻R10，并通过第一分压电阻R10连接串联的第一电感L1以及第二滤波电容C8。第一电感L1一端连接电源电压VCC，其另一端连接第一分压电阻R10，当然第一电感L1的另一端还连接第二滤波电容C8，第二滤波电容C8接地。

第一NPN三极管Q1的发射极端连接第四分压电阻R6，该第四分压电阻R6还连接第二NPN三极管Q2的集电极端。该第二NPN三极管Q2的基极端连接串联的第二分压电阻R7以及第三分压电阻R8，其中，第二分压电阻R7一端接入供电电压VEE，第二分压电阻R7另一端除了连接第三分压电阻R8外，还连接第二NPN三极管Q2的基极端，第三分压电阻R8的另一端接地。

第二NPN三极管Q2的发射极端连接第五分压电阻R9，该第五分压电阻R9连接串联的第二电感L2以及第三滤波电容C6，其中，第二电感L2的一端接入供电电压VEE，第二电感L2的另一端除了连接第三滤波电容C6外，还连接第五分压电阻R9。

可以理解的是，在该输入级模块中，阻抗变换网络电路总的输入电容是由第一输入电容和第一NPN三极管的寄生电容串联决定的。第一输入电容是大于寄生电容的，且寄生电容较小，使得电路总的输入电容的容抗更接近寄生电容，因此，电路总的输入电容较小，从而能够有效地改善驻波比。而且，输入级模块通过上述电路结构形成射极跟随器，以起到缓冲放大的作用，进而进行阻抗匹配。

图5为本申请一实施例提供的偏置模块的电路结构示意图，如图5所示，在一实施例中，偏置模块包括第六分压电阻R16、第七分压电阻R15、第八分压电阻R21、第三电感L3、第二反馈电容C5和第二缓冲放大器U3。

其中，第六分压电阻R16、第七分压电阻R15以及第三电感L3依次串联，具体地，第六分压电阻R16接入电源电压VCC，其除了与第七分压电阻R15的一端连接外，还与第二反馈电容C5一端连接；第七分压电阻R15的另一端连接第二电感L3的一端，第二电感L3的另一端作为偏置模块130的输出端。

第二电感L3的另一端连接第八分压电阻R21的一端，第八分压电阻R21的另一端连接第二缓冲放大器U3的输入端，第二缓冲放大器U3的输出端连接第二反馈电容C5。即，第八分压电阻R21、第二反馈电容C5和第二缓冲放大器U3形成了一条反馈支路。

可以理解的是，偏置模块用于为放大模块提供直流电流，对于直流信号来说，第三电感L3相当于短路，第二反馈电容C5则相当于断路，因此其通过第六分压电阻R16、第七分压电阻R15以及第三电感L3进入放大模块，电流大小由电源电压、第六分压电阻R16和第五分压电阻R15的阻值决定，其输出阻抗为第六分压电阻R16和第五分压电阻R15两者阻抗之和。

而对于低频交流信号来说，第三电感L3以及第二反馈电容C5均相当于短路，放大模块的输出信号被缓冲到第六分压电阻R16和第五分压电阻R15的连接点，此时第五分压电阻R15两端电压相等，不产生电流，输出电阻为无穷大。

而对于高频信号，第三电感L3相当于断路，此时输出电阻为无穷大，偏置模块等效为一个电感值很大的电感。

可以想到的是，传统的偏置模块设计只有电感和电阻，其电路工作频率范围受到电感值大小的影响，当最低工作频率较低时，电路需要选择非常大电感值的电感，而这种电感的高频特性较差，导致其无法兼顾低频和高频。

本方案的偏置模块不仅能够为放大模块提供直流电流，还可以通过缓冲放大器来扩大电路的工作频率范围，使得电路的最低工作频率更低，从而实现对低频和高频的兼容。

图6为本申请一实施例提供的放大模块的电路结构示意图，如图6所示，在一实施例中，放大模块包括第二输入电容C2、限流电阻R11、第二偏置电阻R12、第九分压电阻R13、第十分压电阻R14和第三NPN三极管Q3。

其中，第二输入电容C2和限流电阻R11串联连接在第三NPN三极管Q3的基极端，具体地，第二输入电容C2的一端作为放大模块140的反相输入端，第二输入电容C2的另一端连接限流电阻R11的一端，限流电阻R11的另一端连接第三NPN三极管Q3的基极端。

第三NPN三极管Q3的基极端和集电极端之间连接第九分压电阻R13，以提高第三NPN三极管Q3的基极端的电压。

第三NPN三极管Q3的基极端还连接第二偏置电阻R12的一端，第二偏置电阻R12用于为第三NPN三极管Q3提供静态工作点，第三NPN三极管Q3的发射极端连接第十分压电阻R14的第一端，第二偏置电阻R12的另一端则连接第十分压电阻R14的第二端。

此外，第十分压电阻R14的第二端作为放大模块140的正相输入端，而第三NPN三极管Q3的集电极端作为放大模块140的偏置端和输出端。

可以理解的是，放大模块140采用了单晶体放大的电路设计，且其形成了正相输入端和反相输入端，低频信号从正相输入端进入放大模块140，高频信号则从反相输入端进入放大模块140；而且从正相输入端看，放大模块140为共射极放大状态，从反相输入端看，放大模块140为共基极放大状态。在对电路分析后可知，从两个输入端看，对应的电压放大倍数相等，但相位相差180°。

因此，放大模块能够对应输入信号中不同的分量构成不同类型的放大电路设计，实现对不同频率的信号设置不同的放大模式。而且放大模块对高频信号和低频信号的增益相同，进而可以使得信号过渡平缓，使得幅频特性更平坦。此外，放大模块中晶体管的数量少，噪声小，有助于对信号进行放大。

图7为本申请一实施例提供的输出级模块的电路结构示意图，如图7所示，在一实施例中，输出级模块包括第四输入电阻R17、第一电感L4、第一分压电阻R22、第二滤波电容C9、第一NPN三极管Q4、第二分压电阻R20、第三分压电阻R21、第四分压电阻R18、第五分压电阻R19、第二电感L5、第三滤波电容C7和第二NPN三极管Q5。

第四输入电阻R17连接第一NPN三极管Q4的基极端，即输出级模块通过第四输入电阻R17接入放大后的信号。第一NPN三极管Q4的集电极端还连接第一分压电阻R22的一端；第一电感L4一端接入电源电压VCC，第一电感L4另一端连接第二滤波电容C9，第一电感L4的另一端还连接第一分压电阻R22的另一端，且第二滤波电容C9接地。

第一NPN三极管Q4的发射极端连接第四分压电阻R18的一端，第四分压电阻R18的另一端连接第二NPN三极管Q5的集电极端。第二NPN三极管Q5的基极端连接第二分压电阻R20的一端，第二分压电阻R20的另一端接入供电电压VEE。第三分压电阻R21的一端连接第二NPN三极管Q5的基极端，第三分压电阻R21的另一端接地。

第二NPN三极管Q5的发射极端连接第二电感L5的一端，第二电感L5的另一端接入供电电压VEE，而第三滤波电容C7与第二电感L5串联，即第三滤波电容C7的一端连接第二NPN三极管Q5的发射极端，第三滤波电容C7的另一端接地。

同样地，在该输出级模块中，阻抗变换网络电路总的输入电容是由第一输入电容和第一NPN三极管的寄生电容串联决定的，即电路总的输入电容的容抗更接近寄生电容，使得电路总的输入电容较小，从而能够有助于改善驻波比。而且，输出级模块同样通过上述电路结构形成射极跟随器，以起到缓冲放大的作用，进而更有助于进行阻抗匹配。

图8为本申请一实施例提供的阻抗变换网络电路的电路结构示意图，如图8所示，图中以Analog input作为电路的输入端，V_offset作为电路的直流偏置端，Analog Output作为电路的输出端。

第一输入电阻R1接地并连接在电路的输入端Analog input，第一输入电阻R1用于对应输入阻抗档位。输入信号从Analog input进入电路中，第一输入电容C1和第二输入电阻R2均与电路的输入端连接，且由于第一输入电容C1的电容特性，高频信号经过第一输入电容C1进入输入级模块120，如图，其接入第一NPN三极管Q1的基极端。而直流信号和低频信号则通过第二输入电阻R2进入低频输入模块110，如图，其接入运算放大器U1的反相输入端。此外，运算放大器U1的反相输入端还通过反馈电阻R4连接电路的输出端AnalogOutput。

电路的直流偏置端V_offset通过第三输入电阻R3连接运算放大器U1的反相输入端，阻抗变换网络电路可通过V_offset接入直流偏移信号，以在运算放大器前对直流信号进行抵消，减少直流信号对后级模块中的三极管的静态工作点的影响，提高放大模块140的工作一致性。

在低频输入模块110中，运算放大器U1的输出端连接第一缓冲器U2的输入端，第一缓冲器U2的输出端连接放大模块140的正相输入端，如图，其连接第十分压电阻R14，因此，低频信号经运算放大器U1放大后进入第一缓冲器U2，进而输入放大模块140的正相输入端，以进行放大。且在运算放大器U1的输出端和反相输入端之间连接有第一反馈电容C4，以形成负反馈。此外，第一缓冲器U2的输出端还通过第一滤波电容C3接地。值得注意的是，放大模块140也同样通过第一滤波电容C3接地。

阻抗变换网络电路通过利用运算放大器来稳定放大模块140形成的正相输入端形成的共射极放大电路，使得该阻抗变换网络电路具有良好的低频特性。且电路中低频电压增益关联于第二输入电阻R2和反馈电阻R4，具体为Avdc＝-R4/R2，其中，Avdc为低频电压增益，式中R2、R4分别表示对应电阻的阻值。

而在输入级模块120中，高频信号接入第一NPN三极管Q1后，经过第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2及如图所示的相关器件形成的射极跟随器缓冲放大后，高频信号接入放大模块140的反相输入端。具体地，在第一NPN三极管Q1的基极端还通过第一偏置电阻R5接入偏置电压V_bias；第一NPN三极管Q1的集电极端连接第一分压电阻R10，并通过第一分压电阻R10连接串联的第一电感L1和第二滤波电容C8；第一NPN三极管Q1的发射极端连接第四分压电阻R6，该第四分压电阻R6还连接第二NPN三极管Q2的集电极端。

第二NPN三极管Q2的基极端连接串联的第二分压电阻R7和第三分压电阻R8；第二NPN三极管Q2的发射极端连接第五分压电阻R9，该第五分压电阻R9连接串联的第二电感L2和第三滤波电容C6。

第一NPN三极管Q1的输入和输出都是由电容进行隔直的，所以不会被外部输入信号影响静态工作点，其基极电压有偏置电压V_bias和第一偏置电阻R5确定。

阻抗变换网络电路中通过在输入级模块120设置相应的射频三极管，使得总的输入电容较小，有效地改善驻波比，使得阻抗匹配效果更好。

放大模块140采用单晶体放大电路设计，如图，基于第三NPN三极管Q3形成单晶体放大电路，且放大模块140还形成两个输入端，其中高频信号通过放大模块140的反相输入端接入放大模块140，低频信号通过放大模块140的正相输入端接入放大模块140。第三NPN三极管Q3的基极端连接串联的第二输入电容C2和限流电阻R11，并以第二输入电容C2一端(未与限流电阻R11连接的一端)作为放大器模块的反相输入端；第三NPN三极管Q3的发射极端连接第十分压电阻R14，且第十分压电阻R14的一端作为放大器模块的正相输入端。

此外，第三NPN三极管Q3的基极端还通过第二偏置电阻R12连接第三NPN三极管Q3的发射极端，第三NPN三极管Q3的基极端还通过第九分压电阻R13连接第三NPN三极管Q3的集电极端。且第三NPN三极管Q3的集电极端作为放大模块140的偏置端和输出端。

可以理解的是，输入级模块120和输出级模块150均采用射极跟随器的电路设计进行缓冲放大，其增益接近1，因此，阻抗变换网络对高频信号的增益相当于放大电路增益。

放大模块140的增益为：

Acac＝Rc*(-R13*β+Rbe+Re'*β+Re')/(R11*R13+R11*Rbe+R11*Rc*β+

R11*Rc+R11*Re'*β+R11*Re'+R13*Rbe+R13*Re'*β+R13*Re'+Rbe*Rc+Rc*Re'*β+Rc*Re')

其中，Rc为偏置模块130的放大模块140的并联阻抗，Re为第三NPN三极管Q3的发射极等效电阻，Re'为第十分压电阻R14与Re串联的等效电阻，Rbe为第三NPN三极管Q3的基极等效电阻，β为第三NPN三极管Q3的电流放大倍数。

在放大模块140中，Rc远大于其他阻值，且Re'较小，Rbe、β均与三极管的静态工作点相关，因此，放大模块140的增益简化后，其可近似于：

Acac≈(-R13+Re')/(R11+Re'+Rbe/β)。

因此，阻抗变换网络电路中通过设置相应阻值的反馈电阻，可以使得电路对于低频信号和高频信号的增益相等，即Avdc＝Avac，使得电路的幅频特性平坦。而且增益可以大于1，从而带来更好的噪声改善效果。

在放大模块140的偏置端设置有偏置模块130，如图，第六分压电阻R16、第七分压电阻R15以及第三电感L3依次串联，其中，第六分压电阻R16接入电源电压VCC，其除了与第七分压电阻R15的一端连接外，还与第二反馈电容C5一端连接；第七分压电阻R15的另一端连接第二电感L3的一端，第二电感L3的另一端作为偏置模块130的输出端。

第二电感L3的另一端连接第八分压电阻R21的一端，第八分压电阻R21的另一端连接第二缓冲放大器U3的输入端，第二缓冲放大器U3的输出端连接第二反馈电容C5。即，第八分压电阻R21、第二反馈电容C5和第二缓冲放大器U3形成了一条反馈支路。

当然，放大模块140的输出端还设置有输出级模块150，输出级模块150中第四输入电阻R17连接第一NPN三极管Q4的基极端，第一NPN三极管Q4的集电极端还连接第一分压电阻R22的一端；第一电感L4一端接入电源电压VCC，第一电感L4另一端连接第二滤波电容C9，第一电感L4的另一端还连接第一分压电阻R22的另一端，且第二滤波电容C9接地。

第一NPN三极管Q4的发射极端连接第四分压电阻R18的一端，第四分压电阻R18的另一端连接第二NPN三极管Q5的集电极端。第二NPN三极管Q5的基极端连接第二分压电阻R20的一端，第二分压电阻R20的另一端接入供电电压VEE。第三分压电阻R21的一端连接第二NPN三极管Q5的基极端，第三分压电阻R21的另一端接地。

第二NPN三极管Q5的发射极端连接第二电感L5的一端，第二电感L5的另一端接入供电电压VEE，而第三滤波电容C7与第二电感L5串联，即第三滤波电容C7的一端连接第二NPN三极管Q5的发射极端，第三滤波电容C7的另一端接地。

综上，阻抗变换网络电路的总的输入电容小，能够有效地改善驻波比，而且电路增益能够大于1，有效地降低了噪声干扰的影响，而且电路能够具有更好的低频特性，从而拓展了电路的工作频率范围，使其应用更广泛。

需要说明的是，图8示出了设置有放大模块、输入级模块、偏置模块、放大模块和输入级模块的阻抗变换网络电路，在一些实施例中，该电路还可以省去输出级模块，进而以放大模块直接驱动负载，即以第三NPN三极管Q3的集电极端作为阻抗变换网络电路的输出端，且第三NPN三极管Q3的集电极端连接反馈电阻R4，此外其还连接负载电阻RL。

在一实施例中，本申请还提供了一种电路板，该电路板上集成有上述实施例提供的阻抗变换网络电路，并具有相应的功能和有益效果。该电路可以应用于示波器、高速信号采集卡等高速信号采集设备中，在满足相应的输入阻抗要求时，还可以使得电路中低频特性和高频特性良好，电路增益大，有效地减少噪声的干扰。

在一实施例中，本申请还提供一种高速信号采集设备，该设备内设置有上述实施例提供的电路板，且该电路板上集成有阻抗变换网络电路，并具有相应的功能和有益效果。高速信号采集设备可以是示波器、高速信号采集卡等，其可设置相应的输入阻抗档位，以对高速信号进行采集。而且电路中低频特性和高频特性良好，电路增益大，有效地减少噪声的干扰，使得采集到的高速信号更接近真实信号，有助于提升采集数据的真实性、有效性。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种阻抗变换网络电路，包括在所述阻抗变换网络电路的输入端设置的第一输入电阻和在所述阻抗变换网络电路的输出端设置的负载电阻，其特征在于，还包括低频输入模块、输入级模块、偏置模块和放大模块；

所述低频输入模块的输入端通过第二输入电阻连接所述阻抗变换网络电路的输入端，所述低频输入端的输出端连接所述放大模块的正相输入端，所述低频输入模块的输入端还通过反馈电阻连接所述阻抗变换网络电路的输出端，所述低频输入模块的输入端还通过第三输入电阻接入直流偏移信号，所述直流偏移信号用于调节输入信号中的直流分量，所述低频输入模块用于对输入信号中的低频信号进行放大；

所述输入级模块的输入端通过第一输入电容连接所述阻抗变换网络电路的输入端，所述输入级模块的输出端连接所述放大模块的反相输入端，所述输入级模块用于作为所述放大模块的输入级并对输入信号中的高频信号进行缓冲放大；

所述偏置模块的输出端连接所述放大模块的偏置端，所述偏置模块用于为所述放大模块提供直流电流；

所述放大模块的输出端连接连接所述阻抗变换网络电路的输出端，所述放大模块用于对低频信号和高频信号进行放大。

2.根据权利要求1所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述低频输入模块包括运算放大器、第一反馈电容、第一缓冲器和第一滤波电容；

所述运算放大器的反相输入端作为所述低频输入模块的输入端连接所述阻抗变换网络电路的输入端，所述运算放大器的正相输入端接地；

所述第一反馈电容的两端分别连接所述运算放大器的输出端和所述运算放大器的反相输入端；

所述第一缓冲器的输入端连接所述运算放大器的输出端，且所述第一缓冲器的输出端连接接地的第一滤波电容，所述第一缓冲器的输出端作为所述低频输入模块的输出端连接所述放大模块的反相输入端。

3.根据权利要求1所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述输入级模块包括第一偏置电阻、第一子单元和第二子单元，所述第一偏置电阻连接所述第一子单元，所述第二子单元设置在所述第一子单元的输出端；

所述输入级模块通过第一偏置电阻接入偏置电压，所述第一子单元的输入端作为所述输入级模块的输入端，所述第一子单元的输出端作为所述输入级模块的输出端，所述第二子单元用于为所述第一子单元提供静态工作电压。

4.根据权利要求1所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，还包括输出级模块，所述输出级模块包括第四输入电阻、第一子单元和第二子单元，所述第一子单元的输入端连接所述第四输入电阻一端，所述第二子单元设置在所述第一子单元的输出端；

所述第四输入电阻的另一端作为所述输出级模块的输入端连接所述放大模块的输出端，所述第一子单元的输出端作为所述输出级模块的输出端连接所述阻抗变换网络电路的输出端，所述第二子单元用于为所述第一子单元提供静态工作电压。

5.根据权利要求3或4所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述第一子单元包括第一电感、第一分压电阻、第二滤波电容和第一NPN三极管；

所述第一电感的一端接入电源电压，所述第一电感的另一端连接所述第一分压电阻的第一端，所述第一分压电阻的第一端连接接地的第二滤波电容，所述第一分压电阻的第二端连接第一NPN三极管的集电极端；

所述第一NPN三极管的基极端作为所述第一子单元的输入端，所述第一NPN三极管的发射极端作为所述第一子单元的输出端。

6.根据权利要求3或4所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述第二子单元包括第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第二电感、第三滤波电容和第二NPN三极管；

所述第二分压电阻的一端接入供电电压，所述第二分压电阻的另一端连接所述第三分压电阻的第一端，所述第三分压电阻的第二端接地，所述第二NPN三极管的基极端连接所述第三分压电阻的第一端；

所述第二NPN三极管的集电极端连接所述第四分压电阻的一端，所述第四分压电阻的另一端连接所述第一子单元的输出端；

所述第二NPN三极管的发射极端连接所述第五分压电阻的一端，所述第五分压电阻的另一端连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端接入供电电压，所述第二电感的第一端还连接接地的所述第三滤波电容。

7.根据权利要求1所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述偏置模块包括第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻、第三电感、第二反馈电容和第二缓冲器；

所述第六分压电阻的一端接入电源电压，所述第六分压电阻的另一端连接所述第七分压电阻的第一端，所述第七分压电阻的第二端连接所述第三电感的一端，所述第三电感的另一端作为所述偏置模块的输出端连接所述放大模块的偏置端；

所述第八分压电阻的一端连接所述第三电感的另一端，所述第八分压电阻的另一端连接所述第二缓冲器的输入端，所述第二缓冲器的输出端连接所述第二反馈电容的一端，所述第二反馈电容的另一端连接所述第七分压电阻的第一端。

8.根据权利要求1所述的阻抗变换网络电路，其特征在于，所述放大模块包括第二输入电容、限流电阻、第二偏置电阻、第九分压电阻、第十分压电阻和第三NPN三极管；

所述第二输入电容的一端作为所述放大模块的反相输入端，所述第二输入电容的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接所述第三NPN三极管的基极端；

所述第九分压电阻的一端连接第三NPN三极管的基极端，所述第九分压电阻的另一端连接第三NPN三极管的集电极端，

所述第十分压电阻的第一端连接所述第三NPN三极管的发射端，所述第十分压电阻的第二端作为所述放大模块的正相输入端；

所述第二偏置电阻的一端连接所述第三NPN三极管的基极端，所述第二偏置电阻的另一端连接所述第十分压电阻的第二端；

所述第三NPN三极管的集电极端作为所述放大模块的偏置端和输出端。

9.一种电路板，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的阻抗变换网络电路。

10.一种高速信号采集设备，其特征在于，所述高速信号采集设备包括如权利要求9所述的电路板。